Definicija i primjeri hemosinteze

Kemosinteza je pretvaranje ugljikovih spojeva i drugih molekula u organske spojeve. U toj biokemijskoj reakciji je metan ili anorganski spoj, poput sumporovodika ili plina vodika oksidirani djelovati kao izvor energije. Suprotno tome, izvor energije za fotosinteza (skup reakcija pomoću kojih se ugljični dioksid i voda pretvaraju u glukozu i kisik) koriste energiju iz sunčeve svjetlosti za pokretanje procesa.

Ideju da mikroorganizmi mogu živjeti na anorganskim spojevima predložio je Sergej Nikolajevič Vinogradnsii (Winogradsky) 1890. na temelju istraživanja provedenog na bakterijama za koje se činilo da žive od dušika, željeza ili sumpor. Hipoteza je potvrđena 1977. godine kada je duboko morski potopni Alvin promatrao crvaste gliste i druge životne okolnosti hidrotermalni otvori na rascjepu Galapagos. Harvardski student Colleen Cavanaugh predložio je i kasnije potvrdio da su crijevni crva preživjeli zbog svoje veze s kemosintetskim bakterijama. Službeno otkriće kemosinteze pripisano je Cavanaughu.

Organizmi koji dobivaju energiju oksidacijom davača elektrona nazivaju se kemotrofi. Ako su molekule organske, organizmi se nazivaju hemoorganotrofi. Ako su molekule anorganske, organizmi su termini hemolitotrofi. Suprotno tome, organizmi koji koriste solarnu energiju nazivaju se fototrofi.

Kemoautotrofi dobivaju svoju energiju kemijskim reakcijama i sintetiziraju organske spojeve iz ugljičnog dioksida. Izvor energije za kemosintezu može biti elementarni sumpor, vodikov sulfid, molekulski vodik, amonijak, mangan ili željezo. Primjeri hemoautotrofa uključuju bakterije i metanogene arheje koje žive u dubokim morskim otvorima. Riječ "kemosinteza" izvorno je skovala Wilhelm Pfeffer 1897. godine da bi opisala proizvodnju energije oksidacijom anorganskih molekula autotrofima (hemolithoautotrophy). Prema modernoj definiciji, kemosinteza opisuje i proizvodnju energije putem kemoorganoautotrofije.

Kemoheterotrofi ne mogu fiksirati ugljik da tvore organske spojeve. Umjesto toga, oni mogu koristiti neorganske izvore energije, kao što su sumpor (hemolithoheterotrofi) ili organski izvori energije, poput proteina, ugljikohidrata i lipida (hemoorganoheterotrofi).

Kemosinteza je otkrivena u hidrotermalnim otvorima, izoliranim pećinama, metanskim klathratima, padovima kitova i hladnim napjevima. Pretpostavlja se da bi postupak mogao dopustiti život ispod površine Marsa i Jupiterovog mjeseca Europe. kao i na drugim mjestima Sunčevog sustava. Kemosinteza se može pojaviti u prisutnosti kisika, ali to nije potrebno.

Osim bakterija i arheja, neki veći organizmi oslanjaju se i na kemosintezu. Dobar primjer je džinovski crvasti crv koji se nalazi u velikom broju u dubokim hidrotermalnim otvorima. Svaki crv čuva hemosintetske bakterije u organu koji se zove trofosom. Bakterije oksidiraju sumpor iz okoline crva kako bi proizvele hranu koja je životinji potrebna. Koristeći vodikov sulfid kao izvor energije, reakcija za hemosintezu je:

12 H₂S + 6 CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6 H₂O + 12 S

To je slično reakciji stvaranja ugljikohidrata putem fotosinteze, osim fotosinteza oslobađa plin kisik, dok kemosinteza daje čvrsti sumpor. Granule žutih sumpora vidljive su u citoplazmi bakterija koje izvode reakciju.

Drugi primjer kemosinteze otkriven je 2013. godine kada su pronađene bakterije koje žive u bazaltu ispod sedimenta oceanskog dna. Te bakterije nisu bile povezane s hidrotermalnim otvorom. Predloženo je da bakterije koriste vodik iz redukcije minerala u morskoj vodi koja kupa stijenu. Bakterije su mogle reagirati na vodik i ugljični dioksid kako bi proizvele metan.

Iako se izraz "hemosinteza" najčešće primjenjuje na biološke sustave, on se može općenitije koristiti za opisivanje bilo kojeg oblika kemijske sinteze nastalog slučajnim toplotnim gibanjem reaktanata. Suprotno tome, mehanička manipulacija molekula radi kontrole njihove reakcije naziva se "mehanosinteza". I kemosinteza i mehanosinteza mogu stvoriti složene spojeve, uključujući nove molekule i organske molekule.

• Campbell, Neil A. i sur. Biologija. 8. izd., Pearson, 2008.
• Kelly, Donovan P. i Ann P. Drvo. “Kemolitotrofni prokarioti.” Prokarioti, uredili Martin Dworkin i sur., 2006, str. 441-456.
• Schlegel, H. G., "Mehanizmi kemo-autotrofije". Morska ekologija: sveobuhvatan, integrirani traktat o životu u oceanima i obalnim vodama, uredio Otto Kinne, Wiley, 1975, str. 9-60.
• Somero, Gn. „Simbiotska eksploatacija sumporovodika.” Fiziologija, vol. 2, br. 1, 1987., str. 3-6.